JP7232892B2 - 高温プロセスのための基板支持アセンブリ - Google Patents

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Description

本発明の幾つかの実施形態は、一般に、高温プロセスに使用可能な基板支持アセンブリに関する。
静電チャックは、様々な用途（例えば、物理気相堆積、エッチング、又は、化学気相堆積）に用いられる処理チャンバ内での基板処理中に、基板（例えば、半導体ウェハ）を保持するために広く使用される。静電チャックは、典型的には、単一のチャック本体内に埋設された１以上の電極を含み、チャック本体は誘電体又は半導性セラミック材料を含み、材料に亘って静電クランプ電場を生成することができる。
静電チャックは、機械的クランプ装置及び真空チャックよりも幾つかの利点を提供する。例えば、静電チャックは、機械的クランプにより引き起こされる応力誘起クラックを低減し、基板のより広い面積を処理のために露出することができ（エッジの排除が殆ど又は全くない）、低圧又は高真空環境で使用することができる。更に、静電チャックは、基板をより均一にチャッキング面に保持することができ、これにより、基板温度をより高度に制御することを可能にする。
集積回路の製造に使用される様々なプロセスは、基板処理のために高温及び／又は広い温度範囲を必要とすることがある。例えば、エッチングプロセスにおける静電チャックは、典型的には、約１２０℃までの温度範囲で動作する。約１２０℃を超える温度では、多くの静電チャックのコンポーネントは、様々な問題（例えば、Ａｌ２Ｏ３静電チャックにおけるチャッキング解除、腐食性化学物質によるプラズマ侵食、接合信頼性等）により機能不能になる可能性がある。
概要
本明細書に記載の本発明の幾つかの実施形態は、上部及び底部を有するセラミック本体と、セラミック本体内に配置された１以上の加熱要素と、セラミック本体内に配置された１以上の電極を含む静電チャックをカバーする。更に、静電チャックは、セラミック本体の底部に金属ボンドにより接合された複数のオブジェクトを含み、複数のオブジェクトは、集合的に、セラミック本体の底部により画定される円の中心から複数の異なる距離でセラミック本体の底部に分配された複数のフィーチャを含み、複数のフィーチャの１のフィーチャはファスナを収容する。
本明細書で説明される本発明の幾つかの実施形態は、底部に金属ボンドにより接合された１以上のオブジェクトを含む静電チャックであって、１以上のオブジェクトは、集合的に、静電チャックの底部により画定される円の中心から複数の異なる距離で静電チャックの底部に分配された複数のフィーチャを含み、複数のフィーチャは集合的に複数のファスナを収容する静電チャックを含む基板支持アセンブリをカバーする。更に、基板支持アセンブリは、複数のファスナにより静電チャックに結合されたベースプレートであって、複数のファスナの各々は、ベースプレートを静電チャックに結合するためにほぼ等しい締結力を加えるベースプレートを含む。更に、基板支持アセンブリは、静電チャックの周縁部で静電チャックとベースプレートの間に配置されたＯ－リングを含む。
本明細書に記載の本発明の幾つかの実施形態は、凹部を含む金属本体を含む基板支持アセンブリのためのベースプレートであって、金属本体はファスナを収容する１以上のフィーチャを含むベースプレートをカバーする。更に、ベースプレートは、凹部内に配置された金属冷却プレートを含み、金属冷却プレートは冷却材を受け入れる複数のチャンネルを含み、更に、金属冷却プレートは金属冷却プレートの上部に１以上の表面フィーチャを含む。更に、ベースプレートは、金属冷却プレートの底部を金属本体と接続する複数のスプリングと、冷却プレートの上部の熱ガスケットを含み、熱ガスケットは、ポリイミドと複数のグラフォイルの１以上の層を含む。
本発明の実施形態は、同様の参照符号が同様の要素を示す添付図面の図において、限定ではなく例として示される。本開示における「１の」又は「一」実施形態への異なる参照は、必ずしも同じ実施形態に限定されず、そのような参照は少なくとも１を意味することに留意すべきである。
処理チャンバの一実施形態の側断面図を示す。 基板支持アセンブリの一実施形態の分解図を示す。 基板支持アセンブリの一実施形態の断面上面図を示す。 静電チャックの一実施形態の斜視図を示す。 静電チャックの他の実施形態の斜視図を示す。 基板支持アセンブリの一実施形態の側断面図を示す。 静電チャックの一実施形態の斜視図を示す。 静電チャックの他の実施形態の斜視図を示す。 基板支持アセンブリの一実施形態の側断面図を示す。 基板支持アセンブリを製造するプロセスの一実施形態を示す。
実施形態の詳細な説明
本発明の実施形態は、金属ボンドにより静電チャックの底部に結合された複数のアダプタオブジェクトを含む静電チャックを提供する。一実施形態のアダプタオブジェクトは、ファスナを受けるための複数のフィーチャを各々含むディスク及び／又はリングである。他の実施形態では、アダプタオブジェクトは、ファスナを受けるための１又は幾つかのフィーチャを各々含む他の形状を有するディスク又はオブジェクトである。アダプタオブジェクトは、静電チャックの平坦な底部に接合されてもよく、又は静電チャックの底部に形成された凹部に挿入されて接合されてもよい。
更に、実施形態は、静電チャックの底部に結合された複数のアダプタオブジェクトを有する静電チャックを含む基板支持アセンブリを提供する。追加的に、基板支持アセンブリは、静電チャックを押圧するスプリングで負荷された冷却プレートを有するベースプレートを含むことができる。冷却プレートは、冷却プレートと静電チャックの間の熱チョークとして作用する低熱伝導率を有するガスケットを含むことができる。ガスケットを含むスプリングで負荷された冷却プレートを使用することにより、静電チャックが冷却プレートの温度よりも２００℃又は３００℃まで高い温度を維持することが可能になる。
静電チャックはファスナの集合によりベースプレートに結合することができ、ここで、ファスナの各々は静電チャックの底部に接合されたアダプタオブジェクトの１に挿入される。複数のファスナは、静電チャックの底部により画定される円の中心から異なる距離に配置される。一実施形態では、ファスナの第１のセットは静電チャックの中心から第１半径に配置され、ファスナの第２セットは静電チャックの中心から第２半径に配置される。複数のファスナは、静電チャックの底部にほぼ均一に分布させることができ、これにより、静電チャックをベースプレートに結合するための締結力を均一に分布させることができる。ファスナは全て同じ量で締め付けられてもよく、これにより、各々のファスナにより加えられる締結力がほぼ同じになることを確実にする。これにより、静電チャック上の静電チャックと冷却プレートの間の均一な熱伝導特性が促進される。
幾つかの実施形態では、高温Ｏ－リング又はガスケットが、ベースプレートと静電チャックの間で圧縮される。高温Ｏ－リング又はガスケットは、アダプタオブジェクトを処理ガスへの暴露から保護することができる。更に、静電チャックは、ベースプレート内のガス配送ホールと整列するガス配送ホールを含むことができる。Ｏ－リングをガス配送ホールの周りに配置し、静電チャックとベースプレートの間で圧縮することができる。
図１は、内部に配置された基板支持アセンブリ１５０を有する半導体処理チャンバ１００の一実施形態の断面図である。基板支持アセンブリ１５０は静電チャック１６６を含み、静電チャック１６６は、以下でより詳細に説明するように、静電チャック１６６の底部に結合された複数のアダプタオブジェクト１６７を含む。静電チャック１６６は、以下により詳細に説明するように、複数のファスナにより冷却プレートに結合される。
処理チャンバ１００は、内部容積１０６を囲むチャンバ本体１０２と蓋１０４を含む。チャンバ本体１０２は、アルミニウム、ステンレス鋼又は他の適切な材料から製造することができる。チャンバ本体１０２は、一般に、側壁１０８及び底部１１０を含む。外側ライナ１１６は側壁１０８に隣接して配置され、チャンバ本体１０２を保護することができる。外側ライナ１１６は、プラズマ又はハロゲン含有ガスに耐性を有する材料で製造され、及び／又は、コーティングされることができる。一実施形態では、外側ライナ１１６は酸化アルミニウムから製造される。他の実施形態では、外側ライナ１１６は、イットリア、イットリウム合金又はそれら酸化物から製造されるか、又は、コーティングされる。
排気ポート１２６はチャンバ本体１０２内に画定され、内部容積１０６をポンプシステム１２８に結合することができる。ポンプシステム１２８は、処理チャンバ１００の内部容積１０６の圧力を排気及び調整するために用いられる１以上のポンプ及びスロットルバルブを含むことができる。
蓋１０４は、チャンバ本体１０２の側壁１０８に支持されることができる。蓋１０４は、処理チャンバ１００の内部容積１０６へのアクセスを可能にするように開口することができ、閉鎖された状態で処理チャンバ１００に対してシールを提供することができる。ガスパネル１５８を処理チャンバ１００に連結し、蓋１０４の一部であるガス分配アセンブリ１３０を介して内部容積１０６にプロセスガス、及び／又は、クリーニングガスを供給することができる。処理ガスの例は処理チャンバ内でのプロセスに用いることができ、とりわけ、ハロゲン含有ガス（例えば、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６、ＳｉＣｌ４、ＨＢｒ、ＮＦ３、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ３、Ｃｌ２及びＳｉＦ４）、及び、他のガス（例えば、Ｏ２又はＮ２Ｏ）を含む。キャリアガスの例は、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ、及び、プロセスガスに対して不活性な他のガス（例えば、非反応性ガス）を含む。ガス分配アセンブリ１３０は、ガス分配アセンブリ１３０の下流表面上に複数の開口１３２を有し、ガスフローを基板１４４の表面に向けることができる。追加的又は代替的に、ガス分配アセンブリ１３０は、ガスがセラミックガスノズルを介して供給される中央ホールを有することができる。ガス分配アセンブリ１３０は、セラミック材料（例えば、炭化ケイ素、酸化イットリウム等）により製造及び／又はコーティングされ、これにより、ハロゲン含有化学物質に対する耐性を提供し、ガス分配アセンブリ１３０の腐食を防止することができる。
基板支持アセンブリ１５０は、ガス分配アセンブリ１３０の下の処理チャンバ１００の内部容積１０６内に配置される。基板支持アセンブリ１５０は、処理中に基板１４４を保持する。内側ライナ１１８は、基板支持アセンブリ１５０の周縁部でコーティングされてもよい。内側ライナ１１８は、外側ライナ１１６に関して説明されたようなハロゲン含有ガス耐性材料であってもよい。一実施形態では、内側ライナ１１８は外側ライナ１１６の同じ材料から製造することができる。
一実施形態では、基板支持アセンブリ１５０は、装着プレート１６２、支持ペデスタル１５２、ベースプレート１６２及び静電チャック１６６を含む。一実施形態では、ベースプレート１６４は、複数のファスナにより静電チャック１６６に結合される。一実施形態では、ベースプレート１６４は、本明細書で冷却プレートと呼ばれる熱伝導ベースを含む。実施形態に記載の基板支持アセンブリ１５０は、Ｊｏｈｎｓｅｎ－Ｒａｈｂｅｋ及び／又はクーロン静電チャッキングに用いることができる。
一実施形態では、保護リング１４６は、静電チャック１６６の外側周縁部において、静電チャック１６６の一部の上に配置される。一実施形態では、静電チャック１６６は保護層１３６でコーティングされる。代替的に、静電チャック１６６は保護層１３６でコーティングされなくてもよい。保護層１３６は、Ｙ２Ｏ３（イットリア又は酸化イットリウム）、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）、ＹＡｌＯ３（ＹＡＰ）、石英、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、ＳｉＮ４（窒化ケイ素）サイアロン、ＡｌＮ（窒素アルミニウム）、ＡｌＯＮ（酸窒化アルミニウム）、ＴｉＯ２（チタニア）、ＺｒＯ２（ジルコニア）、ＴｉＣ（炭化チタン）、ＺｒＣ（炭化ジルコニウム）、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴｉＣＮ（炭窒化チタン）、Ｙ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２（ＹＳＺ）等のセラミックであってもよい。また、保護層は、Ａｌ２Ｏ３マトリックス内に分散されたＹ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ２Ｏ３－ＺｒＯ２固溶体、又は、ＳｉＣ－Ｓｉ３Ｎ４固溶体のようなセラミック複合体であってもよい。また、保護層は、酸化イットリウム（イットリア及びＹ２Ｏ３として知られている）含有固溶体を含むセラミック複合材料であってもよい。例えば、保護層は、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）化合物とＹ２－ｘＺｒｘＯ３固溶体（Ｙ２Ｏ３－ＺｒＯ２固溶体）とからなるセラミック複合体であってもよい。純粋な酸化イットリウム及び酸化イットリウム含有固溶体は、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３又は他の酸化物の１以上と共にドープされてもよいことに留意すべきである。また、純粋な窒化アルミニウム、及び、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３又は他の酸化物でドープされた窒化アルミニウムを用いることもできることに留意すべきである。代替的に、保護層は、サファイア又はＭｇＡｌＯＮであってもよい。
静電チャック１６６は、１８０℃以上の温度での半導体プロセスに使用可能な誘電体又は電気絶縁性材料（例えば、１０１４オーム・メートルより大きな電気抵抗率を有する）で形成されたパックであってもよく、又は、これを含んでもよい。一実施形態では、静電チャック１６６は、約２０℃～約５００℃で使用可能な材料で構成される。一実施形態では、静電チャック１６６はＡｌＮである。ＡｌＮ静電チャック１６６はドープされていなくても、ドープされていてもよい。例えば、ＡｌＮは、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、又は遷移金属酸化物でドープされてもよい。一実施形態では、静電チャック１６６はＡｌ２Ｏ３である。Ａｌ２Ｏ３静電チャック１６６は、ドープされていなくても、ドープされていてもよい。例えば、Ａｌ２Ｏ３は、二酸化チタン（ＴｉＯ２）又は遷移金属酸化物でドープされてもよい。
１以上のアダプタオブジェクト１６７は、静電チャック１６６の底部に接合されてもよい。アダプタオブジェクト１６７は、静電チャック１６６の熱膨張係数にほぼ調和する熱膨張係数を有してもよい。一実施形態では、アダプタオブジェクト１６７は、ＡｌＳｉ合金（ＡｌＳｉＳｉＣと呼ばれる）が浸透しているＳｉＣ多孔体で形成される。一実施形態では、アダプタオブジェクト１６７はモリブデンである。他の材料を使用することもできる。
載置プレート１６２はチャンバ本体１０２の底部１１０に結合することができ、ユーティリティ（例えば、流体、電力線、センサリード等）をベースプレート１６４及び静電チャック１６６にルーティングするための経路を含む。ベースプレート１６４、及び／又は、静電チャック１６６は、１以上の任意の埋設加熱要素１７６、任意の埋設熱アイソレータ１７４、及び／又は、任意のコンジット１６８、１７０を含み、基板支持アセンブリ１４８の横方向の温度プロファイルを制御することができる。一実施形態では、熱ガスケット１３８は、ベースプレート１６４の少なくとも一部に配置される。
コンジット１６８、１７０は流体源１７２に流体的に結合され、コンジット１６８、１７０を介して温度調節流体を循環させることができる。一実施形態では、埋設熱アイソレータ１７４をコンジット１６８、１７０の間に配置することができる。埋設加熱要素１７６はヒータ電源１７８により調整される。コンジット１６８、１７０及び埋設加熱要素１７６は、静電チャック１６６の温度を制御するため、及び、静電チャック１６６及び処理される基板（例えば、ウエハ）を加熱及び／又は冷却するために用いることができる。一実施形態では、静電チャック１６６は、別個の温度を維持することができる２つの別個の加熱ゾーンを含む。他の実施形態では、静電チャック１６６は、異なる温度を維持することができる４つの異なる加熱ゾーンを含む。また、より多くの又はより少ない加熱ゾーンを使用することもできる。静電チャック１６６及びベースプレート１６４の温度は、コントローラ１９５を用いてモニタすることができる複数の温度センサ１９０、１９２を用いてモニタすることができる。
更に、静電チャック１６６は、複数のガス経路（例えば、静電チャック１６６の上面に形成することができる溝、メサ及び他の表面フィーチャ）を含むことができる。ガス経路は、パック１６６に穿孔されたホールを介して熱伝導（又は、背面）ガス（例えば、Ｈｅ）源に流体的に結合することができる。動作中、背面ガスは制御された圧力でガス経路に供給され、静電チャック１６６と基板１４４の間の熱伝導を向上することができる。
一実施形態では、静電チャック１６６は、チャッキング電源１８２により制御される少なくとも１のクランプ電極１８０を含む。更に、クランプ電極１８０（チャッキング電極とも呼ばれる）は、整合回路１８８を介して１以上のＲＦ電源１８４、１８６に結合され、処理チャンバ１００内のプロセス及び／又は他のガスから形成されたプラズマを維持することができる。一般に、１以上のＲＦ電源１８４、１８６は、約５０ｋＨｚ～約３ＧＨｚの周波数、約１０、０００ワットまでの電力を有するＲＦ信号を生成することができる。一実施形態では、ＲＦ信号が金属ベースに印加され、交流（ＡＣ）がヒータに印加され、直流（ＤＣ）がクランプ電極１８０に印加される。
図２は、静電チャック１６６、載置プレート１６２、ベースプレート１６４、冷却プレート１６５、及びペデスタル１５２を含む基板支持アセンブリ１５０の一実施形態の分解図を示す。図示のように、一実施形態では、ベースプレート１６４は内側凹部を含み、冷却プレート１６５は内側凹部に挿入され、取り付けられることができる。Ｏ－リング（図示せず）が、ベースプレート１６４の周縁部２４０においてベースプレート１６４上に配置されてもよい。一実施形態では、Ｏ－リングは、パーフルオロポリマー（ＰＦＰ）Ｏ－リングである。代替的に、他のタイプの高温Ｏ－リングを用いてもよい。一実施形態では、断熱性高温Ｏ－リングが使用される。Ｏ－リングは、第１の厚さの第１のステップと第２の厚さの第２のステップを有する段付きＯ－リングであってもよい。これにより、ファスナを締め付けるために使用される力の量によるファスナの均一な締結を、ＰＦＰＯ－リングの設定量の圧縮後に劇的に増加させることができる。
また、追加のＯ－リング（図示せず）を、ケーブルが通る冷却プレート１６５の中心のホール２８０の周囲の冷却プレート１６５及び／又はベースプレート１６４の上面に配置することもできる。他のより小さいＯ－リングを、他の開口の周り、リフトピンの周り等の冷却プレート１６５及び／又はベースプレート１６４上に配置することもできる。Ｏ－リングは、チャンバ内部容積と基板支持アセンブリ１５０内の内部容積の間の真空シールを提供する。基板支持アセンブリ１５０内の内部容積は、コンジット及び配線をルーティングするためのペデスタル１５２内の開放空間を含む。
一実施形態では、ガスケット（例えば、ＰＦＰガスケット）を冷却プレート１６５の上面に配置することができる。ガスケット又はＯ－リング２４０に使用可能なＰＦＰの例は、Ｄｕｐｏｎｔ（商標名）社製のＥＣＣｔｒｅｍｅ（商標名）、Ｄｕｐｏｎｔ社製のＫＡＬＲＥＺ（商標名）、及び、Ｄａｉｋｉｎ（商標名）社製のＤＵＰＲＡ（商標名）である。代替的に、ガスケットはグラフォイルとポリイミドの交互の層のスタックであってもよい。
追加的に、冷却プレート１６５、及び／又は、ベースプレート１６４は、ファスナが挿入される多数のフィーチャ２４２を含む。幾つかの実施形態では、ガスケットは、フィーチャ２４２の各々に切り欠きを有することができる。
ファスナは、各々のフィーチャ２４２を通って延び、静電チャック１６６に接着されたアダプタオブジェクトに形成された追加のフィーチャに挿入されるファスナ（又は、追加のファスナ）の追加部分に取り付けられる。例えば、ボルトは、冷却プレート１６４のフィーチャ２４２を通って延び、静電チャック１６６のフィーチャに配置されたナットにねじ込まれることができる。代替的に、ファスナがフィーチャ２４２を通って延び、静電チャック１６６の底部に接合されたアダプタオブジェクトに形成されたフィーチャに取り付けられてもよい。冷却プレート１６４内の各々のフィーチャは、静電チャック１６６の同様のフィーチャ（図示せず）に整列していてもよい。
静電チャック１６６は、その上に配置された基板１４４の形状及びサイズに実質的に適合することができる環状周縁部２３０を有する円盤状の形状を有する。静電チャック１６６の上面は、外側リング２１６、複数のメサ２０６、２１０、及び、メサ２１０間のチャンネル２０８、２１２を有することができる。静電チャック１６６は、ベースプレート１６２の外側周縁部２４０上に載置されるリップ２３２を含む。一実施形態では、静電チャック１５０は、電気絶縁性セラミック材料により製造することができる。セラミック材料の好適な例は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等を含む。
静電チャック１６６は、静電チャック１６６の底部に接合された２以上のアダプタオブジェクト（図示せず）を含むことができる。各々のアダプタオブジェクトは、ファスナを受け入れるための１以上のフィーチャ（図示せず）を含むことができる。フィーチャは、静電チャック１６６の表面に亘ってほぼ均一に分布させることができ、静電チャック１６６の底部により画定される円の中心から第１の距離にある第１セットのフィーチャと、静電チャック１６６の底部により画定される円の中心から第２の距離にある第２セットのフィーチャを含むことができる。
静電チャック１６６の下に取り付けられたベースプレート１６４はディスク形状を有し、載置プレート１６２上に配置することができる。一実施形態では、ベースプレート１６４は、アルミニウム又はステンレス鋼等の金属又は他の適切な材料で製造することができる。一実施形態では、冷却プレート１６５は、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属又は他の材料で製造することができる。代替的に、冷却プレート１６５は、静電チャック１６６の熱膨張係数に合致するアルミニウム－シリコン合金浸透ＳｉＣのような複合セラミック又はモリブデンで製造することができる。
図３は、静電チャック１６６の一実施形態の断面上面図を示す。図示のように、静電チャック１６６は半径Ｒ３を有し、これは静電チャックにより支持されるべき基板又はウエハの半径と実質的に同様である。追加的に、静電チャック１６６は複数のフィーチャ３０５を含む。フィーチャは、静電チャック１６６に取り付けられる冷却プレート内の同様のフィーチャに適合することができる。各々のフィーチャ３０５はファスナを収容する。例えば、ボルト（例えば、ステンレス鋼ボルト、亜鉛メッキ鋼ボルト等）を各々のフィーチャに配置し、これにより、ボルトの頭部が頭部を収容するのに十分な大きさの開口部の内側に配置し、ボルトのシャフトは静電チャック１６６の底面から延びることができる。ボルトは、冷却プレートの対応するフィーチャに配置されたナット上で締め付けられてもよい。代替的に、フィーチャ３０５は、ナットを収容するような大きさとすることができ、冷却プレートの対応するフィーチャに収容されるボルトのシャフトを受け入れることができるホールを含むことができる。他の例では、ヘリカルインサート（例えば、Ｈｅｌｉ－Ｃｏｉｌ（商標名））又は他のネジ付きインサート（例えば、プレスフィットインサート、モールドインインサート、キャプティブナット等）を、１以上のフィーチャに挿入し、ネジ付きホールを追加することができる。一実施形態では、フィーチャ３０５は、ボルト又はネジ付きロッドを挿入することができるネジ付きホールである。その後、ベースプレートの内側に配置され、冷却プレートから突出しているボルトは、ネジ付きインサート又はネジ付きフィーチャに挿入され、ベースプレート及び冷却プレートを静電チャック１６６に固定することができる。代替的に又は追加的に、ネジ付きインサートは冷却プレート及び／又はベースプレート内で用いることができる。
幾つかの実施形態では、フィーチャ３０５をファスナのサイズに比べてわずかに大きくし、これにより、ファスナのより大きい熱膨張係数を収容することができる。一実施形態では、ファスナが５００又は６００℃にまで加熱されたときに、ファスナはフィーチャに力を及ぼさないようなサイズである。
図示のように、フィーチャ３０５の複数のセットが静電チャック１６６に含まれてもよい。フィーチャ３０５の各々のセットは、静電チャック１６６により画定される円の中心から特定の半径又は距離で均等に離間されてもよい。例えば、図示のように、第１のセットのフィーチャ３０５が半径Ｒ１に配置され、第２のセットのフィーチャ３０５が半径Ｒ２に配置される。また、フィーチャの付加のセットは、追加の半径に配置されてもよい。
一実施形態では、フィーチャ３０５は、静電チャック１６６上に均一なロードを生成するように配置される。一実施形態では、ボルトが約３０～７０平方センチメートル毎（例えば、５０平方センチメートル毎）に配置されるようにフィーチャが配置される。一実施形態では、１２インチ静電チャック１６６に対して３セットのフィーチャが用いられる。第１セットのフィーチャは静電チャック１６６の中心から約４インチに配置することができ、約４個のフィーチャを含む。第２のセットのフィーチャは静電チャック１６６の中心から約６インチに配置することができ、約６個のフィーチャを含む。第３のセットのフィーチャは静電チャック１６６の中心から約８インチに配置することができ、約８個のフィーチャを含む。一実施形態では、静電チャック１６６は、２～３の異なる半径でセットに配置された約８～２４のフィーチャを含み、各々のフィーチャはファスナを収容する。
図４Ａは、静電チャック４００の底部の一実施形態の斜視図を示す。静電チャック４００は、静電チャック４００の特定の構成要素をよりよく示すために上下逆さまに示されている。図示のように、静電チャック４００の底部は円を画定する。複数のホールが静電チャックの底部に穿孔され、アダプタオブジェクト４２０、４２４がこれらのホールに挿入され、金属ボンドを用いて静電チャック４００に接合される。各々のアダプタオブジェクト４２０、４２４は１以上のフィーチャ４２２、４２６を含む。例えば、静電チャック４００の周縁部近傍のアダプタオブジェクト４２０はフィーチャ４２０を含み、静電チャック４００の底部に画定された円の中心近傍のアダプタオブジェクト４２４はフィーチャ４２６を含む。図示のように、各々のアダプタオブジェクト４２０、４２４は円形形状を有し、単一のフィーチャ４２２、４２６を含む。しかしながら、代替的な実施形態では、アダプタオブジェクト４２０、４２４は、異なる形状を有してもよく、異なるサイズを有してもよく、及び／又は、複数のフィーチャを含むことができる。例えば、アダプタオブジェクト４２０、４２４は、正方形、長方形、六角形、八角形、又は他の形状を有することができる。
追加的に、静電チャック４００は１以上のリフトピンホール４９９、及び／又は、ガス配送ホール４８０を含むことができる。図示の例では、ラインＡ１－Ａ１‘は、２つの外側アダプタオブジェクト４２０、２つの内側アダプタオブジェクト４２４及びガス配送ホール４８０を通過するように示される。
図４Ｂは、静電チャック４０２の底部の一実施形態の斜視図を示す。静電チャック４０２は、静電チャック４０２の特定の構成要素をよりよく示すために、上下逆さまに示されている。図示のように、静電チャック４００の底部は円を画定する。２つのリング状トレンチが静電チャック４０２の底部に機械加工され、アダプタオブジェクト４３０、４４０がリング状トレンチに挿入され、金属ボンドを用いて静電チャック４０２に接合される。各々のアダプタオブジェクト４３０、４４０は複数のフィーチャ４３２、４４２を含む。例えば、静電チャック４０２の周縁部近傍のアダプタオブジェクト４３０はフィーチャ４３２を含み、静電チャックの底部により画定される円の中心近傍のアダプタオブジェクト４４０はフィーチャ４４２を含む。図示のように、各々のアダプタオブジェクト４３０、４４０はリング形状を有し、複数のフィーチャ４３２、４４２を含む。しかしながら、代替的な実施形態では、アダプタオブジェクト４３０、４４０は、異なる形状を有してもよく、異なるサイズを有してもよく、及び／又は、異なる数のフィーチャを含んでいてもよい。例えば、静電チャックは、１以上の直線状の長方形のアダプタオブジェクトを含むことができ、その幾つかは静電チャックの中心近傍のフィーチャ及び静電チャックの周縁部近傍のフィーチャを含むことができる。追加的又は代替的に、静電チャックは、複数の外側フィーチャ又は複数の内側フィーチャを含む部分的なリングの形状を有するアダプタオブジェクトを含むことができる。
追加的に、静電チャック４０２は、１以上のリフトピンホール４９９、及び／又は、ガス配送ホール４８０を含むことができる。図示の例では、ラインＡ２－Ａ２‘は、アダプタオブジェクト４３０、アダプタオブジェクト４４０及びガス配送ホール４８０を通過するように示される。
図５は基板支持アセンブリ５０５の一実施形態の側断面図を示す。一実施形態では、基板支持アセンブリ５０５は図１及び図２の基板支持アセンブリ１５０に対応する。基板支持アセンブリ５０５は、静電チャック５１５、ベースプレート５９５、冷却プレート５３６、及び、載置プレート５４０を含む。
一実施形態では、静電チャック５１５は、図４Ａの静電チャック４００に対応する。一実施形態では、図５の断面図は、図４ＡのラインＡ１－Ａ１‘に対応する切断線で示される。一実施形態では、静電チャック５１５は、図４Ｂの静電チャック４０２に対応する。一実施形態では、図５の側断面図は、図４ＢのラインＡ２－Ａ２‘に対応する切断線で示される。
静電チャック５１５は、電気絶縁性（誘電性）セラミックス（例えば、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３）で構成される。静電チャック５１５は、クランプ電極５２７及び１以上の加熱素子５２９を含む。クランプ電極５２７は、整合回路（図示せず）を介して、チャッキング電源（図示せず）、ＲＦプラズマ電源（図示せず）、及び／又は、ＲＦバイアス電源（図示せず）に接続することができる。加熱素子５２９は、静電チャック５１５を加熱するためのヒータ電源（図示せず）に電気的に接続される。
一実施形態では、静電チャック５１５は、複数の凹部５６３、５６７を含む。凹部５６３、５６７は、様々な形状、深さ、及びサイズのホール、及び／又は、トレンチであってもよい。静電チャック５１５が図４Ａの静電チャック４００に対応する実施形態では、凹部５６３、５６７は円形のホールであり、複数の別個の凹部５６３及び複数の別個の凹部５６７が存在する。静電チャック５１５が図４Ｂの静電チャック４０２に対応する実施形態では、凹部５６３はリング形状のトレンチであり、凹部５６７は他のリング形状のトレンチである。
凹部５６３は、金属ボンド５５０により凹部５６３に接合されるアダプタオブジェクト５５２を含む。アダプタオブジェクト５５２は、凹部５６３内で静電チャックの底部に接合されてもよい。同様に、凹部５６７は、凹部５６７に金属ボンド５５０で接合されるアダプタオブジェクト５６２を含む。アダプタオブジェクト５６２は、凹部５６７内で静電チャックの底部に接合されることができる。アダプタオブジェクト５５２は１以上のフィーチャ５５４を含む。追加的に、アダプタオブジェクト５６２は１以上のフィーチャ５６４を含む。各々のフィーチャは、以下により詳細に説明するように、ファスナを受けるように構成される。
好ましくは、アダプタオブジェクト５５２、５６２は、静電チャック５１５のＣＴＥと一致又は近似するＣＴＥを有する材料で作られる。一実施形態では、アダプタオブジェクト５５２、５６２はモリブデンである。他の実施形態では、アダプタオブジェクトは、Ｋｏｖａｒ（商標名）のようなニッケル－コバルト鉄合金で作られる。
他の実施形態では、アダプタオブジェクト５５２、５６２は、導電性金属マトリックス複合材料（ＭＭＣ）材料で作られる。ＭＭＣ材料は、金属マトリックスと、マトリックス全体に埋設され分散された補強材料を含む。金属マトリックスは、単一の金属又は２つ以上の金属又は金属合金を含むことができる。金属は、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（ＣＯ）、コバルト－ニッケル合金（ＣｏＮｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、又はこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない。補強材料は、ＭＭＣに所望の構造強度を提供するように選択することができ、また、ＭＭＣの他の特性（例えば、熱伝導率及びＣＴＥ等）の所望の値を提供するように選択することもできる。使用することができる補強材料の例は、シリコン（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含むが、他の材料を使用することもできる。
好ましくは、ＭＭＣ材料は、基板支持アセンブリ５０５の動作温度範囲に亘って静電チャック５１５のＣＴＥと実質的に一致するように選択される。一実施形態では、温度は約２０℃～約５００℃の範囲であってもよい。一実施形態では、ＣＴＥのマッチングはＭＣＣ材料の選択に基づき、これにより、ＭＣＣ材料が、静電チャック５１５においても使用される少なくとも１の材料を含むことができる。一実施形態では、静電チャック５１５はＡｌＮを含む。一実施形態では、ＭＭＣ材料は、ＡｌＳｉ合金を浸透させたＳｉＣ多孔体（本明細書では、ＡｌＳｉＳｉＣと呼ぶ）を含む。
ＭＭＣの構成材料及び組成百分率は、所望の設計目的を満たす工学的材料を提供するように選択することができる。例えば、静電チャック５１５のＣＴＥと近接して一致するようなＭＣＣ材料の適切な選択により、アダプタオブジェクト５５２、５６２と静電チャック５１５の間の界面における熱―機械的応力が低減される。
アダプタオブジェクト５５２、５６２と静電チャック５１５の間の熱膨張係数を一致させることにより、アダプタオブジェクト５５２、５６２を静電チャック５１５に接合することにより生じる応力を最小限に抑えることができる。一実施形態では、拡散接合が、金属ボンド５５０を生成するために用いられる。他の実施形態では、金属ボンド５５０を生成するため、ロウ付けが用いられる。しかしながら、金属ボンドを生成するため他の接合方法を用いることもできる。
金属ボンド５５０は、静電チャック５１５とアダプタオブジェクト５５２、５６２の間の接合領域に配置されたアルミニウム箔又は他の金属箔の「中間層」を含むことができる。圧力と熱を加えて、アルミニウム箔と静電チャック５１５の間及びアルミニウム箔とアダプタオブジェクト５５２、５６２の間に拡散接合を形成することができる。他の実施形態では、静電チャック５１５及びアダプタオブジェクト５５２に用いられる材料に基づいて選択される他の中間層材料を用いて拡散接合を形成することができる。一実施形態では、金属ボンド５５０は約０．２～０．３ｍｍの厚さを有する。一実施形態では、静電チャック５１５は、接合を形成するために中間層が使用されない直接拡散接合を用いて、アダプタオブジェクト５５２、５６２に直接接合されてもよい。
静電チャック５１５は約５～３５ｍｍの厚さを有することができる。一実施形態では、静電チャック５１５は約８～１５ｍｍの厚さを有する。クランプ電極５２７を静電チャック５１５の上面から約０．３～１ｍｍの位置に配置し、加熱素子５２９をクランプ電極５２７の下の約２ｍｍの位置に配置してもよい。加熱素子５２９は約１０～２００ミクロンの厚さを有するスクリーン印刷された加熱素子であってもよい。代替的に、加熱素子５２９は、静電チャック５１５の約１～３ｍｍの厚さを用いる抵抗性コイルであってもよい。追加的に、一実施形態では、静電チャック５１５は、凹部５６３、５６７と挿入されるアダプタオブジェクト５５２、５６２を収容するのに十分な追加の厚さを含む。幾つかの実施形態では、アダプタオブジェクト５５２、５６２は、約５ｍｍ～約２５ｍｍの厚さを有することができる。
一実施形態では、静電チャック５１５は約３００ｍｍの直径を有する。代替的に、静電チャック５１５は他の直径を有していてもよい。ベースプレート５９５の縁部は、静電チャック５１５の直径と同様の直径を有することができる。プラズマ耐性の高温Ｏ－リング５４５を、静電チャック５１５とベースプレート５９５の間に配置することができる。このＯ－リング５４５は、基板支持アセンブリ５０５の内部と処理チャンバの間の真空シールを提供することができる。Ｏ－リング５４５は、パーフルオロポリマー（ＰＦＰ）から製造することができる。一実施形態では、Ｏ－リング５４５は、ＳｉＣ等の無機添加剤を含むＰＦＰである。Ｏ－リング５４５は、交換可能であってもよい。
ベースプレート５９５は、静電チャック５１５のためのヒートシンクとして作用することができる冷却プレート５３６を含む。冷却プレート５３６の材料は、冷却プレート５３６の熱伝導特性に影響する可能性がある。例えば、アルミニウム冷却プレート５３６は、ステンレス鋼冷却プレート５３６よりも熱を良好に伝導する。
冷却プレート５３６は、ヒートシンク５３６を静電チャック５１５に押圧するように動作する１以上のスプリング５７０によりベースプレート５９５に結合されてもよい。一実施形態では、スプリング５７０はコイルスプリングである。スプリング５７０は、ヒートシンク５３６を静電チャック５１５に押圧する力を加える。静電チャック５１５は、冷却プレート５３６に結合され、熱伝導する。冷却プレート５３６は、流体源（図示せず）と流体連通している１以上のコンジット５３５（本明細書では、冷却チャンネルと呼ばれる）を有する。
アダプタオブジェクト５５２、５６２は、ファスナを受け入れるための多数のフィーチャ５５４、５６４を集合的に含むことができる。ベースプレート５９５は、同様に、ファスナを収容するための複数のフィーチャ５２６を含むことができる。更に、冷却プレート５３６は、ファスナを収容するための複数の孔を含むことができる。一実施形態では、冷却プレート４３６及び／又はベースプレート４９５は、複数のファスナ５２８により静電チャック５１５に結合される。ファスナ５２８は、ネジファスナ（例えば、ボルト又はナット及びボルトペア）であってもよい。
一実施形態では、フィーチャ５２６は、座ぐりを有するボルトホールである。フィーチャはベースプレート５９５を介して延びる貫通フィーチャであってもよい。一実施形態では、フィーチャ５５４、５６４は、アダプタオブジェクト５５２、５６２のネジ付きホールである。代替的に、フィーチャは、ｔ－形状のボルトヘッド又は長方形ナットを収容するホール及び／又はスロットであってもよく、これらはスロット内に挿入され、９０度回転される。一実施形態では、ヘリカルインサート（例えば、Ｈｅｌｉ－Ｃｏｉｌ（商標名））又は他のネジ付きインサート（例えば、プレスフィットインサート、モールドインインサート、キャプティブナット等）をフィーチャ５２４に挿入して、これにネジ付きホールを追加することができる。冷却プレート５３６の内部に配置され（例えば、冷却プレート５３６のベース部分５９５内のフィーチャ５２４内）、冷却プレート５３６から突出したボルトは、その後、冷却プレートをパックに固定するために、ネジ付きインサート又はネジ付きホールにねじ挿入されることができる。一実施形態では、ファスナは、ワッシャ、グラフォイル、アルミニウム箔、又は、ファスナの頭部からの力を均一にフィーチャ上に分配するための他の荷重分散材料を含む。
一実施形態では、フィーチャ５５４、５６４は、フィーチャ５５４、５６４にネジ付きロッドを挿入する前にろう付けされるネジ付きホールである。その後、金属ボンド（例えば、拡散接合）手順を実行して、ネジ付きロッドをフィーチャ５５４、５６４に固定する。これにより、組み立て中の増加した力の適用に対する耐久性を高めることができる。
冷却プレート５３６は、静電チャック５１５からの熱を吸収するヒートシンクとして作用することができる。一実施形態では（図示のように）、低熱伝導性ガスケット５２５が冷却プレート４３６上に配置される。低熱伝導性ガスケット５２５は、例えば、冷却プレート５３６上に配置されたＰＦＰガスケットである。ＰＦＰガスケットは、約０．２ワット／メートルケルビン（Ｗ／（ｍ・Ｋ））以下の熱伝導率を有することができる。
代替的に、低熱伝導率ガスケット５２５は、グラフォイル層とポリイミド層の交互積層であってもよい。例えば、低熱伝導率ガスケット５２５は、第１のグラフォイル層、第１のグラフォイル層上のポリイミド層、及び、ポリイミド層上の第２のグラフォイル層のスタックであってもよい。他の例では、低熱伝導率ガスケット５２５は、第１のグラフォイル層、第１のグラフォイル層上の第１のポリイミド層、第１のポリイミド層上の第２のグラフォイル層、第２のグラフォイル層上の第２のポリイミド層、第２のポリイミド層上の第３のグラフォイル層のスタックであってもよい。
ポリイミド層は、約０．２ワット／メートルケルビン（Ｗ／（ｍ・Ｋ））の非常に低い熱伝導率を有することができる。しかしながら、ポリイミドの圧縮率は低い。ポリイミドが低熱伝導性ガスケット５２５を形成するために単独で用いられる場合、低圧縮率は静電チャック５１５と冷却プレート５３６の間の接触面積を減少させる可能性がある。グラフォイル層は高い熱伝導性を有し、また、高い圧縮性を有する。グラフオイルは、２４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の面内の熱伝導率を有し、５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の面間の熱伝導率を有することができる。従って、グラフォイルとポリイミドとの交互スタックを使用することにより、低熱伝導率ガスケット５２５は、中程度から高い圧縮率と低い熱伝導率の両方を有することができる。実施形態では、ポリイミドの圧縮率は約１～２％であり、グラフォイルの圧縮率は約５～１０％である。
ファスナ５２８は、高温Ｏ－リング５４５及び／又は他のＯ－リングを均等に圧縮するように、ほぼ同じ力で締め付けることができる。低熱伝導率のガスケット５２５は、静電チャック５１５と冷却プレート５３６の間の熱伝導を減少し、熱チョークとして作用することができる。一実施形態では、グラフォイル層（図示せず）が低熱伝導率ガスケット５２５上に配置される。グラフォイルは、約１０～４０ミルの厚さを有することができる。ファスナは、低熱伝導率ガスケット５２５と同様に、グラフォイル層を圧縮するように締め付けられることができる。
静電チャック５１５と冷却プレート５３６の間に熱チョークを維持することにより、静電チャック５１５を冷却プレート５３６よりもかなり高い温度に維持することができる。例えば、幾つかの実施形態では、静電チャック５１５を２００～３００℃の温度まで加熱することができ、一方、冷却プレート５３６を約８０℃未満の温度に維持することができる。一実施形態では、冷却プレート５３６を約６０℃以下の温度に維持しながら、静電チャック５１５を約２５０℃の温度まで加熱することができる。従って、実施形態では、静電チャック５１５と冷却プレート５３６の間で最大２５０℃までのデルタを維持することができる。静電チャック５１５及び冷却プレート５３６は、熱サイクル中に独立して自由に膨張又は収縮することができる。
一実施形態では、載置プレート５４０がベースプレート５９５の下に配置され、ベースプレート５９５に結合される。一実施形態では、熱スペーサ５８５がベースプレート５９５上に（例えば、ガスケット５４５に隣接して）配置される。熱スペーサ５８５は、ベースプレート５９５が静電チャック５１５と接触しないことを確実にするために用いることができる。
一実施形態では、冷却プレート５３６、ベースプレート５９５、及び／又は、静電チャック５１５に、１以上のガスホール５３２、５４２が穿孔される。ガスホール５３２、５４２は、背面ガス（例えば、ヘリウム）をチャックされた基板の背面に送るために用いることができる。一実施形態では、静電チャック５１５は、多孔性プラグ５３４で終端するガスホール５３２を含む。ガスホール５３２は、より大きな直径の穴で座ぐりされた貫通ホールであってもよく、これにより、多孔質プラグ５３４をより大きい直径の穴に挿入することが可能になる。多孔質プラグ５３４は多孔質セラミック（例えば、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３）であってもよい。多孔質プラグ５３４はアーク放電を防止することができ、及び／又は、静電パック５０５内でプラズマが発生することを防止することができる。多孔質プラグは、約３０％～約６０％の間のいずれの多孔率を有する。
一実施形態では、冷却プレート５３６はホールを含み、ベースプレート５９５は、冷却プレート５３６のホールを通って延びる突出部５４４を含む。ホール５４２は突出部５４４の中に（例えば、突出部５４４の中心に）穿孔することができる。一実施形態では、Ｏ－リング５３８が突出部５４４の上部に配置される。ファスナ５２６は、締め付けられると、Ｏ－リング５３８を圧縮することができる。Ｏ－リング５３８は、実施形態においてＯ－リング５４５と同じタイプのＯ－リングであってもよい。
図６Ａは、静電チャック６００の底部の一実施形態の斜視図を示す。静電チャック６００は、静電チャック６００の特定の構成要素をよりよく示すために、上下逆さまに示されている。図示するように、静電チャック６００の底部は平坦又はほぼ平坦であり、円を画定する。アダプタオブジェクト６２０、６２４は、金属ボンドを使用して静電チャック６００の底部に接合される。各々のアダプタオブジェクト６２０、６２４は１以上のフィーチャ６２２、６２６を含む。例えば、静電チャック６００の周縁付近のアダプタオブジェクト６２０はフィーチャ６２０を含み、静電チャック６００の底部に画定された円の中心付近のアダプタオブジェクト６２４はフィーチャ６２６を含む。図示のように、各々のアダプタオブジェクト６２０、６２４は円形形状を有し、単一のフィーチャ６２２、６２６を含む。しかしながら、代替的実施形態では、アダプタオブジェクト６２０、６２４は異なる形状を有してもよく、異なるサイズを有してもよく、及び／又は、複数のフィーチャを含むことができる。例えば、アダプタオブジェクト６２０、６２４は、正方形、長方形、六角形、八角形、又は他の形状を有していてもよい。
更に、静電チャック６００は、１以上のリフトピンホール６９９、及び／又は、ガス配送ホール６８０を含むことができる。図示の例では、ラインＢ１－Ｂ１‘は、２つの外側アダプタオブジェクト６２０、２つの内側アダプタオブジェクト６２４及びガス配送ホール６８０を貫通するように示されている。静電チャックに対し、アダプタオブジェクト６２０、６２４が、静電チャック４００の底部に穿孔されたホールではなく、静電チャックの底面に接合されるという点を除き、静電チャック６００は静電チャック４００と同様である。
図６Ｂは、静電チャック６０２の底部の一実施形態の斜視図を示す。静電チャック６０２は、静電チャック６０２の特定の構成要素をよりよく示すために、上下逆さまに示されている。図示のように、静電チャック６０２の底部は平坦又はほぼ平坦であり、円を画定する。２個のリング形状アダプタオブジェクト６３０、６４０は、金属ボンドを用いて静電チャック６０２の底部に接合された。各々のダプタオブジェクト６３０、６４０は複数のフィーチャ６３２、６４２を含む。例えば、静電チャック６０２の周縁付近のアダプタオブジェクト６３０はフィーチャ６３２を含み、静電チャックの底部により画定される円の中心付近のアダプタオブジェクト６４０はフィーチャ６４２を含む。
図示のように、アダプタオブジェクト６３０、６４０はリング形状を有し、複数のフィーチャ６３２、６４２を含む。しかしながら、代替的実施形態では、アダプタオブジェクト６３０、６４０は、異なる形状を有してもよく、異なるサイズを有してもよく、及び／例えば、異なる数のフィーチャを含んでいてもよい。例えば、静電チャックは１以上の直線状の長方形のアダプタオブジェクトを含むことができ、その幾つかは、静電チャックの中心付近のフィーチャ及び静電チャックの周縁付近のフィーチャを含むことができる。追加的又は代替的に、静電チャックは、複数の外側フィーチャ又は複数の内側フィーチャを含む部分的なリング形状を有するアダプタオブジェクトを含むことができる。
更に、静電チャック６０２は、１以上のリフトピンホール６９９及び／又はガス配送ホール６８０を含むことができる。図示の例では、ラインＢ２―Ｂ２‘は、アダプタオブジェクト６３０、アダプタオブジェクト６４０及びガス配送ホール６８０を通過するように示されている。静電チャック６０２に対して、アダプタオブジェクト６３０、６４０は静電チャック４０２の底部に機械加工されたトレンチではなく、静電チャックの底面に接合される点を除いて、静電チャック６０２は静電チャック４０２と同様である。
図７は基板支持アセンブリ７０５の一実施形態の側断面図を示す。一実施形態では、基板支持アセンブリ７０５は、図１及び図２の基板支持アセンブリ１５０に対応する。基板支持アセンブリ７０５は、静電チャック７１５、ベースプレート７９５、冷却プレート７３６、及び、載置プレート７４０を含む。
一実施形態では、静電チャック７１５は、図６Ａの静電チャック６００に対応する。一実施形態では、図７の断面側面図は、図６ＡのラインＢ１－Ｂ１‘に対応する切断線で示される。一実施形態では、静電チャック７１５は図６Ｂの静電チャック６０２に対応する。一実施形態では、図７の断面側面図は、図６ＢのラインＢ２－Ｂ２‘に対応する切断線で示される。
静電チャック７１５は、電気絶縁性（誘電性）セラミック（例えば、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３）で構成される。静電チャック７１５は、クランプ電極７２７及び１以上の加熱素子７２９を含む。クランプ電極７２７は、整合回路（図示せず）を介して、チャッキング電源（図示せず）、ＲＦプラズマ電源（図示せず）、及び／又は、ＲＦバイアス電源（図示せず）に接続することができる。加熱素子７２９は、静電チャック７１５を加熱するため、ヒータ電源（図示せず）に電気的に接続される。
アダプタオブジェクト７５２は、金属ボンド７５０により静電チャック７１５の底部に結合される。また、アダプタオブジェクト７６２は、金属ボンド７５０により静電チャック７１５の底部に接合される。アダプタオブジェクト７５２は１以上のフィーチャ７５４を含む。更に、アダプタオブジェクト７６２は１以上のフィーチャ７６４を含む。各フィーチャはファスナを受け入れるように構成される。金属ボンド７５０は、先に説明した金属ボンド５５０と同一であってもよい。例えば、金属ボンドは、拡散接合又はろう付けにより形成された金属ボンドであってもよい。アダプタオブジェクト７５２、７６２は、約５ｍｍ～約２５ｍｍの厚さを有することができる。
好ましくは、アダプタオブジェクト７５２、７６２は、静電チャック７１５のＣＴＥと一致するか又は類似するＣＴＥを有する材料で作られる。一実施形態では、アダプタオブジェクト７５２、７６２はモリブデンである。他の実施形態では、アダプタオブジェクトは、Ｋｏｖａｒ（商標名）のようなニッケル－コバルト鉄合金で作られる。他の実施形態では、アダプタオブジェクト７５２、７６２は、ＡｌＳｉＳｉＣのような導電性金属マトリックス複合材料（ＭＭＣ）で作られる。
静電チャック７１５は約３～１０ｍｍの厚さを有することができる。一実施形態では、静電チャック７１５は約３～５ｍｍの厚さを有する。クランプ電極７２７は静電チャック７１５の上面から約０．３～１ｍｍの位置に配置されてもよく、加熱要素７２９はクランプ電極７２７の下の約２ｍｍの位置に配置されてもよい。加熱要素７２９は、約１０～２００ミクロンの厚さを有するスクリーン印刷された加熱要素であってもよい。代替的に、加熱素子７２９は、静電チャック７１５の厚さ約１～３ｍｍを使用する抵抗性コイルであってもよい。このような実施形態では、静電チャック７１５は約５ｍｍの最小厚さを有することができる。
一実施形態では、静電チャック７１５は約３００ｍｍの直径を有する。代替的に、静電チャック７１５は他の直径を有していてもよい。ベースプレート７９５の縁部は、静電チャック７１５の直径と同様の直径を有することができる。プラズマ耐性の高温Ｏ－リング７４５を、静電チャック７１５とベースプレート７９５の間に配置することができる。このＯ－リング７４５は、基板支持アセンブリ７０５の内部と処理チャンバの間の真空シールを提供することができる。Ｏ－リング７４５は、パーフルオロポリマー（ＰＦＰ）で製造することができる。一実施形態では、Ｏ－リング７４５はＳｉＣ等の無機添加剤を含むＰＦＰである。Ｏ－リング７４５は、交換可能であってもよい。
ベースプレート７９５は、静電チャック７１５のためのヒートシンクとして作用することができる冷却プレート７３６を含む。冷却プレート７３６の材料は、冷却プレート７３６の熱伝導特性に影響する可能性がある。例えば、アルミニウム冷却プレート７３６は、ステンレス鋼冷却プレート７３６よりも熱を良好に伝導する。
冷却プレート７３６は、１以上のスプリング７７０によりベースプレート７９５に結合することができ、スプリング７７０はヒートシンク７３６を静電チャック７１５に押圧するように動作する。一実施形態では、スプリング７７０はコイルスプリングである。スプリング７７０は、ヒートシンク７３６を静電チャック７１５に押圧する力を加える。静電チャック７１５は冷却プレート７３６に結合され、熱伝導する。冷却プレート７３６は、流体源（図示せず）と流体連通している１以上のコンジット７３５（本明細書では、冷却チャンネルと呼ばれる）を有する。
冷却プレート７３６及び／又はベースプレート７９５は、接着されたアダプタオブジェクト７５２、７６２を有する静電チャック７１５の底部の表面プロファイルの逆である（例えば、ネガティブである）表面プロファイルを有するように機械加工されることができる。従って、アダプタオブジェクト７５２、７６２が静電チャック７１５の底部から突出する場合、冷却プレート７３６及びベースプレート７９５は、突出するアダプタオブジェクト７５２、７６２を収容するための凹部を含む。一実施形態では、凹部は、アダプタオブジェクト７５２、７６２の厚さに応じて、約５ｍｍ～約２５ｍｍの深さを有する。
アダプタオブジェクト７５２、７６２は、ファスナを受け入れるための多数のフィーチャ７５４、７６４を集合的に含むことができる。ベースプレート７９５は、同様に、ファスナを収容するための複数のフィーチャ７２６を含むことができる。更に、冷却プレート７３６は、ファスナを収容するための複数の穴を含んでもよい。一実施形態では、冷却プレート６３６及び／又はベースプレート６９５は、複数のファスナ７２８により静電チャック７１５に結合される。ファスナは、ボルト又はナット及びボルト対等のネジ付きファスナであってもよい。
一実施形態では、フィーチャ７２６は座ぐりを有するボルトホールである。フィーチャはベースプレート７９５を介して延びる貫通フィーチャであってもよい。一実施形態では、フィーチャ７５４、７６４は、アダプタオブジェクト７５２、７６２内のネジ付きホールである。代替的に、フィーチャは、スロット内に挿入され、その後、９０度回転されるｔ形状ボルトヘッド又は長方形ナットを収容するホール及び／又はスロットであってもよい。一実施形態では、ファスナは、ワッシャ、グラフォイル、アルミニウム箔、又は、ファスナの頭部からの力をフィーチャ上に均一に分配するための他の荷重分散材料を含む。一実施形態では、ヘリカルインサート（例えば、Ｈｅｌｉ－Ｃｏｉｌ（登録商標））又は他のネジ付きインサート（例えば、プレスフィットインサート、モールドインインサート、キャプティブナット等）をフィーチャ７５４に挿入して、これにネジ付きホールを追加することができる。冷却プレート７６４の内側に配置されたボルト（例えば、冷却プレート７３６のベース部分７９５の内のフィーチャ７５４）であって、冷却プレート７３６から突出しているボルトは、ネジ付きインサート又はネジ付きフィーチャにねじ込まれて、冷却プレートを静電チャックに固定することができる。代替的に、ネジ付きインサートを冷却プレートで用いてもよい。
一実施形態では、キャプティブナット、モールドインサート、圧入インサート、又は他のネジ付きインサートは、アダプタオブジェクト７５２、７６２内のフィーチャ７５４、７６４の内部に配置される。一実施形態では、フィーチャ７５４、７６４は、ネジ付きロッドをフィーチャ７５４、７６４に挿入する前にろう付けされるネジ付きホールである。次いで、金属ボンディング（例えば、拡散接合）手順を実行して、ネジ付きロッドをフィーチャ７５４、７６４に固定することができる。これにより、組み立て中の増加した力の適用に対する増加された耐久性を提供することができる。
冷却プレート７３６は、静電チャック７１５から熱を吸収するためのヒートシンクとして作用することができる。一実施形態では（図示のように）、低熱伝導性ガスケット７２５が冷却プレート７３６上に配置される。低熱伝導性ガスケット７２５は、例えば、ＰＦＰガスケット又はポリイミドとグラフォイルの交互層のスタックであってもよい。
ファスナ７２８をほぼ同じ力で締め付けて、低熱伝導率ガスケット７２５を均一に圧縮することができる。低熱伝導率ガスケット７２５は、静電チャック７１５と冷却プレート７３６の間の熱伝導を減少させ、熱チョークとして作用ことができる。一実施形態では、グラフォイル層（図示せず）が低熱伝導率ガスケット７２５上に配置される。グラフォイルは、約１０～４０ミルの厚さを有することができる。ファスナを、低熱伝導率ガスケット７２５と同様に、グラフォイル層を圧縮するように締め付けてもよい。グラフォイルは、熱伝導性であってもよい。
静電チャック７１５と冷却プレート７３６の間に熱チョークを維持することにより、静電チャック７１５を冷却プレート７３６よりもはるかに高い温度に維持することができる。例えば、幾つかの実施形態では、静電チャック７１５を２００～３００℃まで加熱することができ、一方、冷却プレート７３６を約１２０℃未満の温度に維持することができる。一実施形態では、冷却プレート７３６を約６０℃以下の温度に維持しながら、静電チャック７１５を約２５０℃の温度まで加熱することができる。従って、実施形態では、静電チャック７１５と冷却プレート７３６の間に１９０℃までのデルタを維持することができる。静電チャック７１５及び冷却プレート７３６は、熱サイクル中に独立して自由に膨張又は収縮することができる。
一実施形態では、載置プレート７４０がベースプレート７９５の下に配置され、ベースプレート７９５に結合される。一実施形態では、熱スペーサ７８５がベースプレート７９５上に（例えば、ガスケット７４５に隣接して）配置される。熱スペーサ７８５は、ベースプレート７９５が静電チャック７１５と接触しないことを確実にするために用いることができる。
一実施形態では、冷却プレート７３６、ベースプレート７９５、及び／又は、静電チャック７１５に、１以上のガスホール７３２、７４２が穿孔される。ガスホール７３２、７４２は、背面ガス（例えば、ヘリウム）をチャックされた基板の背面に配送するために用いられる。一実施形態では、静電チャック７１５は、多孔性プラグ７３４で終端するガスホール７３２を含む。ガスホール７３２は、より大きい直径の穴で座ぐりされている貫通ホールであり、これにより、多孔質プラグ７３４をより大きい直径の穴に挿入することが可能になる。多孔質プラグ７３４は多孔質セラミック（例えば、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３）であってもよい。多孔質プラグ７３４は、アーク放電を防止することができ、及び／又は、静電パック７０５内でプラズマが発生することを防止することができる。多孔質プラグは、約３０％～約６０％の間のいずれかの多孔度を有する。
一実施形態では、冷却プレート７３６はホールを含み、ベースプレート７９５は冷却プレート７３６のホールを通って延びる突出部７４４を含む。ホール７４２は、突出部７４４（例えば、突出部７４４の中央）に穿孔することができる。一実施形態では、Ｏ－リング７３８が突出部７４４の上部に配置される。ファスナ７２６は、締め付けられたときにＯ－リング７３８を圧縮することができる。Ｏ－リング７３８は、実施形態においてＯ－リング７４５と同じタイプのＯ－リングであってもよい。
図８は基板支持アセンブリを製造するためのプロセス８００の一実施形態を示す。プロセス８００のブロック８０５において、凹部が、静電チャックの底部、又は、冷却プレートの上部、及び／又は、ベースプレートの上部に形成される。ブロック８１０において、２以上のアダプタオブジェクトが静電チャックの底部に接合される。凹部が静電チャックの底部に形成された場合、アダプタオブジェクトは凹部に接合される。凹部が冷却プレート及び／又はベースプレートに形成された場合、アダプタオブジェクトは、凹部と整列する位置で静電チャックの底部に接合される。アダプタオブジェクトは、ＡｌＳｉＳｉＣプレート、モリブデン、又は他の適切な材料で形成することができる。アダプタオブジェクトの各々は、ファスナを収容するための１以上のフィーチャを含む。
ブロック８１５において、ガスケットが冷却プレートの上部に配置される。冷却プレートは、例えば、冷却流体を流すための複数のチャンネルを備えたアルミニウム又はアルミニウム合金の冷却プレートであってもよい。ガスケットは、ＰＦＰ又はポリイミドとグラフォイルの交互スタックであってもよい。また、冷却プレート及び／又はベースプレートは、内部に形成されたフィーチャを有することができる。冷却プレート及び／又はベースプレートのフィーチャ及び下部パックプレートのフィーチャは、各々、ファスナ（例えば、ボルト及び／又はナット）を収容することができる。
ブロック８２０において、ファスナがアダプタオブジェクト及び／又はベースプレート内のフィーチャに挿入される。ブロック８２５において、静電チャックは、ファスナ（例えば、下部パックプレートのフィーチャから冷却プレート内のフィーチャにあるナットに突出するネジ付きボルト）を締め付けることによりベースプレートに結合される。
本発明の幾つかの実施形態の良好な理解を提供するため、上述の説明は多くの具体的な詳細（例えば、特定のシステム、コンポーネント、方法等の例）を述べている。しかしながら、当業者にとって、本発明の少なくとも幾つかの実施形態をこれらの具体的な詳細なしに実施することができることは明らかであろう。他の例では、本発明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、周知のコンポーネント又は方法は詳細には記載されていないか、又は単純なブロック図形式で示されている。従って、記載された具体的な詳細は単なる例示である。特定の実施形態はこれらの例示的な詳細を修正することができ、これらは依然として本発明の範囲内にあると考えられる。
本明細書を通じて、「一実施形態」又は「実施形態」の言及は、実施形態に関連して説明した特定のフィーチャ、構造、又は特性が少なくとも１の実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書の様々な箇所における「一実施形態では」又は「実施形態では」という表現の出現は、必ずしもすべて同じ実施形態を指しているとは限らない。更に、「又は」という用語は排他的な「又は」ではなく、包括的な「又は」を意味することを意図している。「約」又は「およそ」という用語が本明細書で使用される場合、これは提示される名目値が±１０％以内で正確であることを意図している。
本明細書の方法のオペレーションは特定の順序で示され、説明されているが、各々の方法のオペレーションの順序は変更することができ、特定のオペレーションを逆の順序で実行してもよく、特定のオペレーションを、少なくとも部分的に、他の操作と並行して実行してもよい。他の実施形態では、個別のオペレーションの命令又はサブオペレーションは、間欠的及び／又は交互であってもよい。一実施形態では、複数の金属ボンディングオペレーションは単一ステップとして実行される。
上記の説明は例示的なものであり、限定的なものではないことを理解すべきである。上記の説明を読み、理解すれば、他の実施形態は当業者には明らかになるであろう。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、そのような特許請求の範囲が権利を与える均等物の全範囲と共に定められるべきである。

Claims (20)

  1. 静電チャックであって、
    セラミック本体と、
    セラミック本体の底面に固定された複数のアダプタオブジェクト含み、
    セラミック本体の底面は平坦であり、
    複数のアダプタオブジェクトは、セラミック本体の底面によって規定される円の中心から複数の異なる距離でセラミック本体の底面に分布する複数の開口部を集合的に形成し、
    複数のアダプタオブジェクトは複数の開口部を介してベースプレートに取り外し可能に締結するように構成され、
    複数のアダプタオブジェクトの少なくとも１つのアダプタオブジェクトはベースプレートによって形成された少なくとも１つの凹部に挿入され、
    セラミック本体はベースプレートに取り外し可能に結合するように構成されている静電チャック。
  2. セラミック本体に配置された１つ以上の加熱要素、又は
    セラミック本体に配置された１つ以上の電極の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の静電チャック。
  3. 複数のアダプタオブジェクトは、金属ボンドによってセラミック本体の底面に接合され、セラミック本体は第１の熱膨張係数を含み、複数のアダプタオブジェクトは第１の熱膨張係数にほぼ等しい第２の熱膨張係数を含む、請求項１に記載の静電チャック。
  4. 複数の開口部の第１の開口部はファスナに結合して、セラミック本体の底面に対してベースプレートを固定するように構成される、請求項１に記載の静電チャック。
  5. 複数の異なる距離は中心からの第１の距離及び中心からの第２の距離を含み、
    複数のアダプタオブジェクトは、
    中心から第１の距離を有する複数の開口部の第１のサブセットを含み、第１の直径を有する内側リング又は内側ディスクと、
    中心から第２の距離を有する複数の開口部の第２のサブセットを含み、第２の直径を有する外側リングを有する、請求項１に記載の静電チャック。
  6. 複数のアダプタオブジェクトは複数のディスクを含み、複数のディスクの各々は複数の開口部を有する、請求項１に記載の静電チャック。
  7. セラミック本体は、セラミック本体の一部とベースプレートの一部の間にギャップを形成する熱スペーサによりベースプレートから分離され、熱スペーサはセラミック本体がベースプレートに接触することを防止するように構成されている、請求項１に記載の静電チャック。
  8. 複数のアダプタオブジェクトは、ａ）モリブデン、ｂ）ニッケルコバルト鉄合金、ｃ）ＡｌＳｉ合金が浸透したＳｉＣ多孔質体、又はｄ）Ｓｉ、ＳｉＣ、及びＴｉを含む金属マトリックス複合材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の静電チャック。
  9. セラミック本体はＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３を含み、複数のアダプタオブジェクトの各々は、金属、金属合金、又は金属マトリックス複合材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の静電チャック。
  10. 静電チャックを備えた基板支持アセンブリであって、
    静電チャックは、静電チャックの底面に固定された１つ以上のオブジェクトを含み、
    静電チャックの底面は平坦であり、
    １つ以上のオブジェクトは、静電チャックの底面によって規定される円の中心から複数の異なる距離で、静電チャックの底面に分布する複数のフィーチャを集合的に含み、
    １つ以上のオブジェクトは、複数のフィーチャの第１のフィーチャを介してベースプレートに取り外し可能に締結されるように構成され、
    １つ以上のオブジェクトの少なくとも１つのオブジェクトはベースプレートによって形成された少なくとも１つの凹部に挿入され、
    静電チャックはベースプレートに取り外し可能に結合するように構成されている基板支持アセンブリ。
  11. 複数のフィーチャは集合的に複数のファスナを収容する、請求項１０に記載の基板支持アセンブリ。
  12. 複数のファスナは複数のネジ付きファスナを含み、複数のフィーチャは複数のネジ付きファスナを受け入れるための複数の開口部を含む、請求項１１に記載の基板支持アセンブリ。
  13. 複数のファスナによって静電チャックに結合されたベースプレートを含み、
    複数のファスナの各々はほぼ等しい締結力を加えて、ベースプレートを静電チャックに結合する、請求項１１に記載の基板支持アセンブリ。
  14. ベースプレート内の第１のガス供給通路と、
    ベースプレート内の第１のガス供給通路と一列に並ぶ静電チャック内の第２のガス供給通路と、
    シールを提供するための第１のガス供給通路及び第２のガス供給通路の境界にあるＯ－リングを含む、請求項１３に記載の基板支持アセンブリ。
  15. 静電チャックと静電チャックの周囲のベースプレートとの間に配置されたＯ－リングを含み、
    Ｏ－リングは、静電チャックとベースプレートとの間に真空シールを提供する、請求項１３に記載の基盤支持アセンブリ。
  16. ベースプレートの対応する凹部に配置された冷却プレートを含み、
    冷却プレートは、冷却材を受け入れるための複数のチャネルを含む、請求項１３に記載の基板支持アセンブリ。
  17. １つ以上のオブジェクトが静電チャックの底面から突出するパターンを形成し、冷却プレートの上部はパターンのネガを形成する複数の凹部を形成し、静電チャックの底面から突出するパターンは冷却プレートの上部にあるパターンのネガに適合する、請求項１６に記載の基板支持アセンブリ。
  18. １つ以上のスプリングが、冷却プレートの底面をベースプレートに接続する、請求項１６に記載の基板支持アセンブリ。
  19. 冷却プレートの少なくとも一部の上面に配置されたガスケットを含み、ガスケットは冷却プレートと静電チャックとの間で圧縮され、冷却プレートと静電チャックとの間の熱チョークとして機能し、
    １つ以上のスプリングにより、冷却プレートが静電チャックに押圧される、請求項１８に記載の基板支持アセンブリ。
  20. ガスケットは、
    第１のグラファイト層と、
    第１のグラファイト層上の第１のポリイミド層と、
    第１のポリイミド層上の第２のグラファイト層と、
    第２のグラファイト層上の第２のポリイミド層と、
    第２のポリイミド層上の第３のグラファイト層を備えた、請求項１９記載の基板支持アセンブリ。
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